JP5513248B2 - 投写用ズームレンズおよび投写型表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、プロジェクタ装置等の投写レンズとして用いられる投写用ズームレンズに関し、特に、液晶表示素子等のライトバルブ上に表示される原画像を、スクリーン上に拡大投写する、いわゆるフロントタイプに適した投写用ズームレンズおよびこれを搭載した投写型表示装置に関する。

装置前方のスクリーン上に画像を投写する、いわゆるフロント投写型のプロジェクタ装置は、学校教育用や企業研修用、プレゼンテーション用等としてますます一般的に用いられるようになっている。さらに、このプロジェクタ市場の成熟に伴い、プロジェクタの多様性が増し、大画面の劇場用の大型プロジェクタから携帯電話用の超小型プロジェクタに到るまで各種タイプのものが用いられている。

しかし、最も古いプロジェクション市場であるデータプロジェクション市場においては、明るく、小型で、解像力が高く、コストの低いものが強く要求されている。このような要求に応じ、解像力が高く、より小型の液晶表示パネル等のライトバルブ（ＤＭＤ等を含むものであるが、以下では単に液晶表示パネル等と称する）が開発されており、さらに、これに対応したズームレンズの開発も強く望まれている。

ところで、データプロジェクションにおいては、明るい部屋環境での投影が要求されることも多いため、明るい光学系であることが必須の条件となる。一方、小型の液晶表示パネル等は、当然ながら表示領域の面積が小さくなるため、その領域に従来並の光束を通過させようとした場合、光学系のＦ値を従来より明るくするとともに、液晶表示パネル等への光線入射角度を大きくするか、光源を、従来に比べて発光部が小さく高輝度のものとするか、が必要となる。

しかしながら、高輝度光源の発光部のサイズの縮小化は頭打ちの傾向にあるため、この点からの打開策は難しい。また、液晶表示パネル等のサイズを小型化しようとすると、画素サイズも小さくなるため、従来より高い空間周波数に対応していく必要があることから、コストの上昇を招来する。

このような鑑点から、明るく、小型で低コストとの要求をある程度満たし得るズームレンズとして、２群を移動させてズーミングを行う、いわゆる２群移動ズームであって、全体を６〜１３枚のレンズで構成した投写用ズームレンズが知られている（下記特許文献１〜４を参照）。

下記特許文献１、３、４には、明るさがＦ１．７を越える投写用ズームレンズが開示されおり、また、下記特許文献２〜４には、非球面レンズを１〜３枚使用した投写用ズームレンズが開示されている。

特許第４３３８８１２号 特開２００６−３９０３３号公報 特開２００６−６５０２６号公報 特開２００７−２０６３３１号公報

上述した液晶表示パネル等の小型化は、液晶表示パネル等そのもののコストを低減するのと同時に照明系や投写用レンズのサイズを小さくすることでコストを低減する効果がある。

しかし、その反面、液晶表示パネル等を小型化しながら、明るさは維持しようとすると、前述したように、液晶表示パネル等への光線入射角度を大きくするために投写用レンズのＦ値を小さく（明るく）するか、発光部が小型で高輝度の光源を搭載するか、が必要となり、コストが大幅に上昇する。

さらに、ズームレンズを明るくするために、変倍用の移動レンズ群を３群以上とした場合、このことによって製造コストが大幅に上昇するという問題もある。

これに対して、ズームレンズのレンズコストを低減するためには、レンズ枚数を少なくすること、レンズ外径を小さくすること、このレンズ外径を小さくするために周辺光量比を切りつめること、などが挙げられる。

しかし、周辺光量比を低下させる、ということは、その分の光エネルギがレンズの外側のレンズ鏡筒を暖めるために消費されることを意味しており、特に、絞りよりも縮小側にプラスチック製（ガラス製に比べて安価）の非球面レンズを用いた場合には、温度変化に伴う、像面の変動や像面湾曲等の変動が大きくなる。また、この縮小側に配されたプラスチック製非球面レンズの周囲温度と、拡大側に配されたプラスチック製非球面レンズの周囲温度との差が大きくなり過ぎ、また、これら互いに離れた位置に配された２つの非球面レンズの定常温度に至るまでの時間も互いに異なるため、これら２つのプラスチック製非球面レンズの間で、温度変化に伴う影響を相殺するという手法を採ることも、精度的に難しい。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、広角で明るく、コンパクトで、温度変化の影響を受け難く、最小限の非球面レンズによって良好な光学性能を達成しうる低コストな投写用ズームレンズおよび投写型表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明に係る投写用ズームレンズは、
拡大側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群からなり、
ズーミングの際には、前記第１レンズ群と前記第４レンズ群は固定とされるとともに、広角端から望遠端への操作に応じて前記第２レンズ群と前記第３レンズ群が、いずれも拡大側に、かつ互いの間隔を変えながら光軸上を移動するように構成され、
さらに下記条件式（１）を満足することを特徴とするものである。
１７ ＜ Ｆ_Ｇ３／ｆｗ （１）
ただし、
Ｆ_Ｇ３：前記第３レンズ群の焦点距離
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離

より詳細には、前記第１レンズ群は、拡大側から順に、プラスチック製の非球面レンズよりなる負の第１レンズと、負の第２レンズとを配列してなり、
前記第２レンズ群は、拡大側から順に、共に正レンズである第３レンズと第４レンズを配列してなり、
前記第３レンズ群は、拡大側から順に、凸面を拡大側に向けた負のメニスカスレンズからなる第５レンズと、凹面を拡大側に向けた負レンズからなる第６レンズと、凸面を縮小側に向けた正レンズからなる第７レンズと、正レンズからなる第８レンズを配列してなるとともに、該第６レンズと該第７レンズが互いに接合されて接合レンズを構成してなり、
前記第４レンズ群は、正レンズである第９レンズからなるものである。

また、下記条件式（２）を満足することが好ましい。
１．７ ＜ ｜Ｆ_Ｇ１／ｆｗ｜ ＜ ２．５ （２）
ただし、
Ｆ_Ｇ１：前記第１レンズ群の焦点距離

また、下記条件式（３）を満足することが好ましい。
１．４ ＜ Ｆ_Ｇ２／ｆｗ ＜ ２．３ （３）
ただし、
Ｆ_Ｇ２：前記第２レンズ群の焦点距離

また、下記条件式（４）を満足することが好ましい。
２．９ ＜ Ｆ_Ｇ４／ｆｗ ＜ ４．０ （４）
ただし、
Ｆ_Ｇ４：前記第４レンズ群の焦点距離

また、下記条件式（５）を満足することが好ましい。
１．４ ≦ ｂｆ／ｆｗ ＜ ２．２ （５）
ただし、
ｂｆ：バックフォーカス

また、下記条件式（６）を満足することが好ましい。
−１．０ ＜ β２ｗ ＜ −０．４ （６）
ただし、
β２ｗ：前記第２レンズ群の広角端における倍率

また、下記条件式（７）を満足することが好ましい。
１．３５ ＜ β３ｗ ＜ １．８０ （７）
ただし、
β３ｗ：前記第３レンズ群の広角端における倍率

また、本発明の投写型表示装置は、光源と、ライトバルブと、該光源からの光束を該ライトバルブへ導く照明光学部と、上記いずれかの投写用ズームレンズとを備え、前記光源からの光束を前記ライトバルブで光変調し、前記投写用ズームレンズによりスクリーンに投写することを特徴とするものである。

なお、上記「拡大側」とは、被投写側（スクリーン側）を意味し、縮小投影する場合も、便宜的にスクリーン側を拡大側と称するものとする。一方、上記「縮小側」とは、原画像表示領域側（ライトバルブ側）を意味し、縮小投影する場合も、便宜的にライトバルブ側を縮小側と称するものとする。

本発明の投写用ズームレンズは、拡大側から、負、正、正、正の４群構成とされており、ズーミング時には、中間の第２レンズ群と第３レンズ群のみを移動させる、２群移動ズーム方式を採用している。

これにより、拡大側に負の屈折力を、縮小側に正の屈折力を配分することができ、必要なバックフォーカスを確保しつつ、縮小側のテレセントリック性を高めることができる。

また、本発明の投写用ズームレンズでは、第３レンズ群には非球面レンズを使用することなく、色収差、非点隔差等の光学性能を良好とするために、上記条件式（１）を満足するようにし、第３レンズ群の屈折力を大幅に小さくすることで、この第３レンズ群での変倍機能を最小限としている。

投写用ズームレンズの２群移動ズーム方式としては、これら２つの移動群の各々に大きなパワーを配分し、トータルとしての収差の発生をできるだけ小さくしつつ、大きな変倍比を得ようとする考え方がある。しかし、このようにした場合、実際には縮小側の移動群である第３レンズ群の屈折力に伴う変倍によって収差の変動がトータルとして大きくなってしまい、光学性能面からみて不利となる。

そこで、本発明の投写用ズームレンズにおいては、第３レンズ群の屈折力を上記条件式（１）を満足するように大幅に小さくしつつ収差の補正を主機能とするとともに、変倍の多くは第２レンズ群に任せることにより、最小限の非球面レンズを用いたコンパクトタイプのもので構成することによっても、２群移動ズーム方式としての良好な光学性能を得ることができるようにしている。

また、前述したように、絞りよりも縮小側にプラスチック製の非球面レンズを用いた場合には、温度変化に伴う、像面の変動や像面湾曲等の変動が大きくなるが、本発明の投写用ズームレンズにおいては、この縮小側に非球面レンズを配さなくても構成しうるので、温度変化に伴う収差への悪影響を減少させることができる。

実施例１に係る投写用ズームレンズの詳細な構成図である。 実施例１に係る投写用ズームレンズに入射した光線の軌跡を示す図である。 実施例２に係る投写用ズームレンズの詳細な構成図である。 実施例２に係る投写用ズームレンズに入射した光線の軌跡を示す図である。 実施例３に係る投写用ズームレンズの詳細な構成図である。 実施例３に係る投写用ズームレンズに入射した光線の軌跡を示す図である。 実施例１に係る投写用ズームレンズの諸収差図（球面収差（ｉ）、非点収差（ｉｉ）、ディストーション（ｉｉｉ）および倍率色収差（ｉｖ））である。 実施例２に係る投写用ズームレンズの諸収差図（球面収差（ｉ）、非点収差（ｉｉ）、ディストーション（ｉｉｉ）および倍率色収差（ｉｖ））である。 実施例３に係る投写用ズームレンズの諸収差図（球面収差（ｉ）、非点収差（ｉｉ）、ディストーション（ｉｉｉ）および倍率色収差（ｉｖ））である。 本発明の一実施形態に係る投写型表示装置の概略構成図である。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１に示す実施形態（実施例１のものを代表させて示している）の投写用ズームレンズは、拡大側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ_１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ_２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ_３と、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ_４とを備え、その後段には、色合成プリズムを主とするガラスブロック（フィルタ部を含む）２および液晶表示パネル等のライトバルブの画像表示面１が配設される。なお、図中Ｚは光軸を表している。また、この色合成プリズムの色特性を良好とするため、またライトバルブのコントラストが全画面均一になるように、縮小側がテレセントリック系又は弱テレセントリック系に構成されている。

また、ズーミング時には、第１レンズ群Ｇ_１と第４レンズ群Ｇ_４は固定とされるとともに、広角端から望遠端への操作に応じて、第２レンズ群Ｇ_２（一体的に開口絞り（マスクとすることも可）３を有している）および第３レンズ群Ｇ_３が、いずれも拡大側に、かつ互いの間隔を変えながら光軸Ｚに沿って移動するように構成されている。

また、フォーカシング時には、前記第１レンズ群Ｇ_１全体を一体的に、光軸Ｚに沿って移動させるように構成されていることが好ましい。ただし、他のレンズ群の全体または一部を移動せしめて、フォーカシングを行うようにしてもよい。

また、第１レンズ群Ｇ_１は、拡大側から順に、プラスチック製の非球面レンズよりなる負の第１レンズと、負の第２レンズによって構成することが好ましい。

また、第２レンズ群Ｇ_２は、２枚の正レンズによって構成することが好ましく、これによりレンズ系のコンパクト化および低コスト化を達成することができる。より好ましくは、両凸レンズよりなる第３レンズＬ_３、絞り（マスクとすることも可：以下同じ）３および両凸レンズよりなる第４レンズＬ_４によって構成する。絞り（マスク）３を、上記２枚の正レンズの間の位置に配設することにより、縮小側のテレセントリック性を、より良好なものとすることができる。

また、第３レンズ群Ｇ_３は、拡大側から順に、凸面を拡大側に向けた負のメニスカスレンズからなる第５レンズＬ_５と、凹面を拡大側に向けた負レンズからなる第６レンズＬ_６と、凸面を縮小側に向けた正レンズからなる第７レンズＬ_７と、正レンズからなる第８レンズＬ_８を配列するとともに、該第６レンズＬ_６と該第７レンズＬ_７とが互いに接合されて接合レンズを構成してなることが好ましい。

また、上記第４レンズ群Ｇ_４は、正レンズである第９レンズからなることが好ましい。

また、本実施形態の投写用ズームレンズにおいては、上述したように、ネガティヴリード型のズームレンズとされているため、広角化を図り易く、また適正な長さのバックフォーカスを確保することが可能である。

さらに下記条件式（１）を満足するように構成されている。
１７ ＜ Ｆ_Ｇ３／ｆｗ （１）
ただし、
Ｆ_Ｇ３：第３レンズ群Ｇ_３の焦点距離
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離

このように、本実施形態の投写用ズームレンズにおいては、第３レンズ群Ｇ_３の屈折力を上記条件式（１）を満足するように大幅に小さくしつつ収差の補正を主機能とするとともに、変倍の多くは第２レンズ群Ｇ_２に任せることにより、２群移動ズーム方式として、良好な光学性能を得ることができるようにしている。

すなわち、下記条件式（１）の下限を下回ると第３レンズ群Ｇ_３の屈折力が強くなり過ぎ、良好な光学性能を得ることが困難となる。

なお、このような鑑点から、上記条件式（１）に替えて、下記条件式（１´）を満足することが好ましく、下記条件式（１´´）を満足することがさらに好ましい。
２０ ＜ Ｆ_Ｇ３／ｆｗ （１´）
２５ ＜ Ｆ_Ｇ３／ｆｗ （１´´）

また、本実施形態の投写用ズームレンズにおいては、上記のような各レンズ群のパワー配置とされ、拡大側よりも縮小側の光束径が拡がっており、また縮小側がテレセントリックとされているため、縮小側の第３レンズ群Ｇ_３および第４レンズ群Ｇ_４のレンズ外径が大きくなる。このような状況下、第３レンズ群Ｇ_３のズーム移動に対応しうる光学性能を確保し、Ｆ１．７程度の明るいズームレンズを実現するために、この第３レンズ群Ｇ_３の構成レンズ枚数を４枚としている。

また、上述したように、第１レンズ群Ｇ_１はフォーカス部として機能することが望まれるが、レンズ２枚で構成することによりフォーカス駆動を容易とすることができる。

また、好ましくは、この２枚の負レンズのうち１枚のレンズを非球面レンズとし、さらに、その収差補正機能を強めるために、拡大側の第１レンズＬ_１を非球面レンズとしている。この場合において、この非球面レンズはプラスチックレンズとすることがコスト的に有利であり、また、その場合には、温度変化の影響を低減するためにその屈折力をできるだけ小さくすることが肝要である。このため、第１レンズ群Ｇ_１におけるほとんどの屈折力は第２レンズＬ_２が担うことになるので、第１レンズ群Ｇ_１全体としての屈折力としても、諸収差を大幅に悪化させないようにするため、下記条件式（２）を満足することが好ましい。
１．７ ＜ ｜Ｆ_Ｇ１／ｆｗ｜ ＜ ２．５ （２）
ただし、
Ｆ_Ｇ１：第１レンズ群Ｇ_１の焦点距離
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離

条件式（２）の上限を上回ると、フォーカシング時における第１レンズ群Ｇ_１の移動距離が長くなり過ぎるとともに前玉径が増大し、一方、その下限を下回ると、諸収差、特に像面に関する収差の補正が困難となる。

なお、このような鑑点から、上記条件式（２）に替えて、下記条件式（２´）を満足することが好ましく、下記条件式（２´´）を満足することがさらに好ましい。
１．８ ＜ ｜Ｆ_Ｇ１／ｆｗ｜ ＜ ２．３ （２´）
１．９ ＜ ｜Ｆ_Ｇ１／ｆｗ｜ ＜ ２．２ （２´´）

また、上記第２レンズ群Ｇ_２は、拡大側から順に、共に正のレンズである第３レンズＬ_３と第４レンズＬ_４とを配列してなることが好ましい。前述したように、２群移動ズーム方式の２つの移動群のうち、上記第３レンズ群Ｇ_３の屈折力が大幅に小さくなっており、それに応じて、移動群の変倍機能は略第２レンズ群Ｇ_２に担わせているが、そのため第２レンズ群Ｇ_２は、ある程度の大きいパワーを必要とするものの、余り強すぎると移動群全体としての収差が大きくなり過ぎて補正が困難となるので、下記条件式（３）を満足する適正な範囲に設定することが好ましい。
１．４ ＜ Ｆ_Ｇ２／ｆｗ ＜ ２．３ （３）
ただし、
Ｆ_Ｇ２：第２レンズ群Ｇ_２の焦点距離
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離

すなわち、条件式（３）の上限を上回ると、第２レンズ群Ｇ_２のパワーが弱くなり過ぎて第２レンズ群Ｇ_２の移動距離が長くなり過ぎ、一方その下限を下回ると第２レンズ群Ｇ_２のパワーが強くなり過ぎて収差補正を良好に行うことが困難となる。

なお、このような鑑点から、上記条件式（３）に替えて、下記条件式（３´）を満足することが好ましく、下記条件式（３´´）を満足することがさらに好ましい。
１．５ ＜ Ｆ_Ｇ２／ｆｗ ＜ ２．２ （３´）
１．６ ＜ Ｆ_Ｇ２／ｆｗ ＜ ２．１ （３´´）

また、上記第４レンズ群Ｇ_４は、正の屈折力を有しており、レンズ全長のコンパクト化を図りつつ、収差補正を良好な範囲に抑制し得る値とすることが好ましく、そのために下記条件式（４）を満足することが好ましい。
２．９ ＜ Ｆ_Ｇ４／ｆｗ ＜ ４．０ （４）
Ｆ_Ｇ４：第４レンズ群Ｇ_４の焦点距離
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離

すなわち、この条件式（４）の上限を上回ると、第４レンズ群Ｇ_４のパワーが弱くなって全長が長くなり過ぎ、一方その下限を下回ると第４レンズ群Ｇ_４のパワーが強くなり過ぎてバックフォーカスを十分に確保することが困難となるとともに収差補正を良好に行うことが困難となる。

なお、このような鑑点から、上記条件式（４）に替えて、下記条件式（４´）を満足することが好ましく、下記条件式（４´´）を満足することがさらに好ましい。
３．１ ＜ Ｆ_Ｇ４／ｆｗ ＜ ３．８ （４´）
３．３ ＜ Ｆ_Ｇ４／ｆｗ ＜ ３．６ （４´´）

さらに、下記条件式（５）〜（８）の少なくとも１つを満足することが好ましい。
１．４ ≦ ｂｆ／ｆｗ ＜ ２．２ （５）
−１．０ ＜ β２ｗ ＜ −０．４ （６）
１．３５ ＜ β３ｗ ＜ １．８０ （７）
０．９９ ＜ Ｚ_Ｒ３ ＜ １．００ （８）
ただし、
ｂｆ：バックフォーカス
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
β２ｗ：第２レンズ群Ｇ_２の広角端における倍率
β３ｗ：第３レンズ群Ｇ_３の広角端における倍率
Ｚ_Ｒ３：第３レンズ群Ｇ_３の望遠端における倍率を第３レンズ群Ｇ_３の広角端における倍率β３ｗで割った値

ここで、上記β２ｗおよび上記β３ｗに関し、一般化した第ｎレンズ群Ｇ_ｎの広角端における倍率（βｎｗ）としての定義を付記する。すなわち、光線が拡大側から入射した場合、広角端において、第ｎレンズ群Ｇ_ｎよりも拡大側のレンズ群（ｎが３であれば第１レンズ群Ｇ_１および第２レンズ群Ｇ_２）が形成する像の高さを像高１とし、この像を物体として第ｎレンズ群Ｇ_ｎが形成する像の高さを像高２としたとすると、像高１に対する像高２の比（像高比）を第ｎレンズ群Ｇ_ｎの広角端における倍率（βｎｗ）とする。

上記条件式（５）は、投写用ズームレンズのバックフォーカスを規定するものであり、この下限を下回ると、レンズとライトバルブの間に色合成プリズム等の光学系を挿入することが困難となり、一方、この上限を上回ると、全長が長くなり過ぎ、広角端における収差補正が良好ではなくなる。

なお、このような鑑点から、上記条件式（５）に替えて、下記条件式（５´）を満足することが好ましく、下記条件式（５´´）を満足することがさらに好ましい。
１．５ ＜ ｂｆ／ｆｗ ＜ １．９ （５´）
１．６ ＜ ｂｆ／ｆｗ ＜ １．７ （５´´）

また、上記条件式（６）は、第２レンズ群Ｇ_２の広角端における倍率を規定するものである。この条件式（６）の下限を下回ると、第２レンズ群Ｇ_２のパワーが強くなり過ぎて収差補正を良好に行うことが困難となり、一方その上限を上回ると、第２レンズ群Ｇ_２のパワーが弱くなり過ぎて第２レンズ群Ｇ_２の移動距離が長くなり過ぎてしまう。

なお、このような鑑点から、上記条件式（６）に替えて、下記条件式（６´）を満足することが好ましく、下記条件式（６´´）を満足することがさらに好ましい。
−０．９ ＜ β２ｗ ＜ −０．５ （６´）
−０．７５ ＜ β２ｗ ＜ −０．６０ （６´´）

他方、上記条件式（７）は、第３レンズ群Ｇ_３の広角端における倍率を規定するものである。この条件式（７）の上限を上回ると、第２レンズ群Ｇ_２のパワーが強くなり過ぎて収差補正を良好に行うことが困難となり、一方その下限を下回ると第２レンズ群Ｇ_２のパワーが弱くなり過ぎて第２レンズ群Ｇ_２の移動距離が長くなり過ぎてしまう。

なお、このような鑑点から、上記条件式（７）に替えて、下記条件式（７´）を満足することが好ましく、下記条件式（７´´）を満足することがさらに好ましい。
１．４０ ＜ β３ｗ ＜ １．７５ （７´）
１．４５ ＜ β３ｗ ＜ １．７０ （７´´）

また、上記条件式（８）は、第３レンズ群Ｇ_３の望遠端における倍率を第３レンズ群Ｇ_３の広角端における倍率β３ｗで割った値Ｚ_Ｒ３の範囲を規定するものである。すなわち、第３レンズ群Ｇ_３の構成要素として非球面レンズを含まないようにすることが好ましいことから、また色収差および非点隔差を小さくするために構成要素である正レンズと負レンズの各屈折力を強くする必要があることから、第３レンズ群Ｇ_３全体としての屈折力を小さくし、この変倍比を表すＺ_Ｒ３を１．０の近辺の範囲（最小限の範囲）に設定し、各収差の影響を極力小さくしたものである。

この条件式（８）の上限を上回った場合、および下限を下回った場合のいずれにおいても、収差の変化が大きくなり、収差補正が困難となる。

ここで、下記各実施例の投写用ズームレンズは、いずれも、第１レンズ群Ｇ_１中に、少なくとも１面の非球面を含むものであり、これによって、ディストーション等の諸収差の補正を有利なものとすることができる。なお、その非球面形状は下記非球面式により表わされる。

次に、上述した投写用ズームレンズを搭載した投写型表示装置の一例を図１０により説明する。図１０に示す投写型表示装置３０は、ライトバルブとして透過型液晶パネル１１ａ〜ｃを備え、投写用ズームレンズ１０として上述した実施形態に係る投写用ズームレンズを用いている。また、光源１５とダイクロイックミラー１２の間には、フライアイ等のインテグレータ（図示を省略）が配されており、光源からの白色光は照明光学部を介して、３つの色光光束（Ｇ光、Ｂ光、Ｒ光）にそれぞれ対応する液晶パネル１１ａ〜ｃに入射されて光変調され、クロスダイクロイックプリズム１４により、色合成され投写用ズームレンズ１０により図示されないスクリーン上に投写される。この装置は、色分解のためのダイクロイックミラー１２、１３、色合成のためのクロスダイクロイックプリズム１４、コンデンサレンズ１６ａ〜ｃ、全反射ミラー１８ａ〜ｃを備えている。本実施形態の投写型表示装置は、本実施形態に係る投写用ズームレンズを用いているので、高変倍可能な構成でありながら、小型化、軽量化および低廉化を図ることができ、また、高い光学性能を維持することができる。

なお、本発明の投写用ズームレンズは透過型の液晶表示パネル等を用いた投写型表示装置の投写用ズームレンズとしての使用態様に限られるものではなく、反射型の液晶表示パネル等あるいはＤＭＤ等の他の光変調手段を用いた装置の投写用ズームレンズ等として用いることも可能である。

以下、具体的な実施例を用いて、本発明の投写用ズームレンズをさらに説明する。
なお、以下の実施例においては、データとしての数値が、広角端における全系の焦点距離ｆｗを１として規格化されている。

＜実施例１＞
この実施例１にかかる投写用ズームレンズは、前述したように図１に示す如き構成とされている。また、ズーミング時における各移動レンズ群の軌跡は図２に示されている。

すなわちこの投写用ズームレンズは、拡大側から順に、第１レンズ群Ｇ_１が、光軸Ｚ近傍において拡大側に凹面を向けた負のメニスカス形状の両面非球面レンズよりなる第１レンズＬ_１と、縮小側に凹面を向けた、負のメニスカスレンズよりなる第２レンズＬ_２とからなる。また、第２レンズ群Ｇ_２は、拡大側に凸面を向けた正のメニスカスレンズよりなる第３レンズＬ_３、マスク３および両凸レンズよりなる第４レンズＬ_４からなる。また、第３レンズ群Ｇ_３は、拡大側に凸面を向けた負のメニスカスレンズよりなる第５レンズＬ_５、両凹レンズよりなる第６レンズＬ_６、および両凸レンズよりなる第７レンズＬ_７、および両凸レンズよりなる第８レンズＬ_８からなるとともに、第６レンズＬ_６と第７レンズＬ_７が互いに接合されて接合レンズを構成してなる。また、第４レンズ群Ｇ_４は、両凸レンズよりなる第９レンズＬ_９のみからなる。

また、変倍時には、広角端から望遠端への移行に伴い、第２レンズ群Ｇ_２および第３レンズ群Ｇ_３が互いの間隔を変えながら光軸Ｚに沿って拡大側に移動する。

また、フォーカシングは、第１レンズ群Ｇ_１を光軸Ｚに沿って移動させることにより行われる。

この実施例１における各レンズ面の曲率半径Ｒ（レンズ全系の広角端での焦点距離を１．０として規格化されている；以下の各表において同じ）、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ（上記曲率半径Ｒと同様に規格化されている；以下の各表において同じ）、レンズ有効径、各レンズのｄ線における屈折率Ｎ_ｄおよびアッベ数ν_ｄを表１の上段に示す。なお、この表１および後述する表２、３において、各記号Ｒ、Ｄ、レンズ有効径、Ｎ_ｄ、ν_ｄに対応させた数字は拡大側から順次増加するようになっている。また、表１の最上段には、焦点距離ｆ、画角２ωおよび明るさＦｎｏ．が示されている（以下の各表において同じ）。

また、表１の中段には各非球面に対応する各定数Ｋ、Ａ_３〜Ａ_１０の値が示されており、表１の下段には、広角端（ワイド）、中間および望遠端（テレ）の各々における、投写距離１６２．４７の場合について、可変間隔１（第１レンズ群Ｇ_１と第２レンズ群Ｇ_２との間隔）、可変間隔２（第２レンズ群Ｇ_２と第３レンズ群Ｇ_３との間隔）および可変間隔３（第３レンズ群Ｇ_３と第４レンズ群Ｇ_４との間隔）が示されている。

また、表４に実施例１における上記各条件式（１）〜（８）に対応する数値を示す。

図７は実施例１の投写用ズームレンズの広角端（ワイド）、中間および望遠端（テレ）における諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）を示す収差図である。なお、図７および以下の図８、図９において、各球面収差図にはＧ（緑）、Ｂ（青）、Ｒ（赤）の各波長光に対する収差が示されており、各非点収差図にはサジタル像面およびタンジェンシャル像面についての収差が示されており、各倍率色収差図にはＧ光に対するＢ光およびＲ光についての収差が示されている。

この図１から明らかなように、実施例１の投写用ズームレンズによれば、広角端での画角２ωが５７．９度と広角で、Ｆ値が１．７０と明るく、各収差が良好に補正されている。

また、表１に示すように実施例１の投写用ズームレンズによれば、条件式（１）〜（８）、条件式（１´）〜（７´）、さらには条件式（１´´）〜（４´´）、（６´´）、（７´´）が全て満足されている。

＜実施例２＞
実施例２に係る投写用ズームレンズの概略構成を図３に示す。また、ズーミング時における各移動レンズ群の軌跡を図４に示す。

この実施例２にかかる投写用ズームレンズは、実施例１のものと略同様の構成とされているが、主として、第１レンズＬ_１が、光軸Ｚ上において両凹形状とされた両面非球面レンズからなり、第３レンズＬ_３が両凸レンズからなり、第９レンズＬ_９が拡大側に凸面を向けた正のメニスカスレンズからなる点において相違している。

この実施例２における各レンズ面の曲率半径Ｒ、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ、レンズ有効径、各レンズのｄ線における屈折率Ｎ_ｄおよびアッベ数ν_ｄを表２の上段に示す。

また、表２の中段には各非球面に対応する各定数Ｋ、Ａ_３〜Ａ_１０の値が示されており、表２の下段には、広角端（ワイド）、中間および望遠端（テレ）の各々における、投写距離
１６０．４３の場合について、可変間隔１（第１レンズ群Ｇ_１と第２レンズ群Ｇ_２との間隔）、可変間隔２（第２レンズ群Ｇ_２と第３レンズ群Ｇ_３との間隔）および可変間隔３（第３レンズ群Ｇ_３と第４レンズ群Ｇ_４との間隔）が示されている。

また、表４に実施例２における上記各条件式に対応する数値を示す。

図８は実施例２の投写用ズームレンズの広角端（ワイド）、中間および望遠端（テレ）における諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）を示す収差図である。
この図８から明らかなように、実施例２の投写用ズームレンズによれば、広角端での画角２ωが５６．９度と広角で、Ｆ値が１．７０と明るく、各収差が良好に補正されている。

また、表４に示すように実施例２の投写用ズームレンズによれば、条件式（１）〜（８）、条件式（１´）〜（７´）、さらには条件式（１´´）〜（７´´）が全て満足されている。

＜実施例３＞
実施例３に係る投写用ズームレンズの概略構成を図５に示す。また、ズーミング時における各移動レンズ群の軌跡を図６に示す。

この実施例３に係る投写用ズームレンズは、実施例１のものと略同様の構成とされているが、主として、第１レンズＬ_１が、光軸Ｚ上において両凹形状とされた両面非球面レンズからなり、またレンズ系内に絞り３が設けられていない点において相違している。

この実施例３における各レンズ面の曲率半径Ｒ、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ、レンズ有効径、各レンズのｄ線における屈折率Ｎ_ｄおよびアッベ数ν_ｄを表３の上段に示す。

また、表３の中段には各非球面に対応する各定数Ｋ、Ａ_３〜Ａ_１０の値が示されており、表３の下段には、広角端（ワイド）、中間および望遠端（テレ）の各々における、投写距離
１６２．８０の場合について、可変間隔１（第１レンズ群Ｇ_１と第２レンズ群Ｇ_２との間隔）、可変間隔２（第２レンズ群Ｇ_２と第３レンズ群Ｇ_３との間隔）および可変間隔３（第３レンズ群Ｇ_３と第４レンズ群Ｇ_４との間隔）が示されている。

また、表４に実施例３における上記各条件式に対応する数値を示す。

図９は実施例３の投写用ズームレンズの広角端（ワイド）、中間および望遠端（テレ）における諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）を示す収差図である。
この図９から明らかなように、実施例３の投写用ズームレンズによれば、広角端での画角２ωが５７．８度と広角で、Ｆ値が１．７０と明るく、各収差が良好に補正されている。

また、表４に示すように実施例３の投写用ズームレンズによれば、条件式（１）〜（８）、条件式（１´）〜（７´）、さらには条件式（１´´）〜（４´´）、（６´´）、（７´´）が全て満足されている。

なお、本発明の投写用ズームレンズとしては、上記実施例のものに限られるものではなく種々の態様の変更が可能であり、例えば各レンズの曲率半径Ｒおよび軸上面間隔Ｄを適宜変更することが可能である。

以上に説明したように本実施形態によれば、拡大側に配した１枚の非球面レンズを含む９枚のレンズ構成の２群移動ズーム方式でありながら、Ｆ１．７程度の明るさ、周辺光量５０％以上の高解像の投写用ズームレンズを得ることができる。

１ 画像表示面
２ａ 色合成光学系
２ｂ 各種フィルタ
３ 絞り（マスク）
１０ 照明光学系
１１ａ〜１１ｃ 液晶パネル
１２、１３ ダイクロイックミラー
１４ クロスダイクロイックプリズム
１５ 光源
１６ａ〜１６ｃ コンデンサレンズ
１８ａ〜１８ｃ 全反射ミラー
Ｇ_１〜Ｇ_３ レンズ群
Ｌ_１〜Ｌ_９ レンズ
Ｒ_１〜Ｒ_２１ レンズ面等の曲率半径
Ｄ_１〜Ｄ_２１ 軸上面間隔
Ｚ 光軸

Claims (8)

1. 拡大側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群からなり、
   前記第１レンズ群は、拡大側から順に、プラスチックの非球面レンズよりなる負の第１レンズと、負の第２レンズとを配列してなり、
   前記第２レンズ群は、拡大側から順に、共に正レンズである第３レンズと第４レンズを配列してなり、
   前記第３レンズ群は、拡大側から順に、凸面を拡大側に向けた負のメニスカスレンズからなる第５レンズと、凹面を拡大側に向けた負レンズからなる第６レンズと、凸面を縮小側に向けた正レンズからなる第７レンズと、正レンズからなる第８レンズを配列してなるとともに、該第６レンズと該第７レンズが互いに接合されて接合レンズを構成してなり、
   前記第４レンズ群は、正レンズである第９レンズからなり、
   ズーミングの際には、前記第１レンズ群と前記第４レンズ群は固定とされるとともに、広角端から望遠端への操作に応じて前記第２レンズ群と前記第３レンズ群が、いずれも拡大側に、かつ互いの間隔を変えながら光軸上を移動するように構成され、
   さらに下記条件式（１）を満足することを特徴とする投写用ズームレンズ。
   １７ ＜ Ｆ_Ｇ３／ｆｗ （１）
   ただし、
   Ｆ_Ｇ３：前記第３レンズ群の焦点距離
   ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
2. 下記条件式（２）を満足することを特徴とする請求項１記載の投写用ズームレンズ。
   １．７ ＜ ｜Ｆ_Ｇ１／ｆｗ｜ ＜ ２．５ （２）
   ただし、
   Ｆ_Ｇ１：前記第１レンズ群の焦点距離
3. 下記条件式（３）を満足することを特徴とする請求項１〜２のうちいずれか１項記載の投写用ズームレンズ。
   １．４ ＜ Ｆ_Ｇ２／ｆｗ ＜ ２．３ （３）
   ただし、
   Ｆ_Ｇ２：前記第２レンズ群の焦点距離
   ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
4. 下記条件式（４）を満足することを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項記載の投写用ズームレンズ。
   ２．９ ＜ Ｆ_Ｇ４／ｆｗ ＜ ４．０ （４）
   ただし、
   Ｆ_Ｇ４：前記第４レンズ群の焦点距離
5. 下記条件式（５）を満足することを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項記載の投写用ズームレンズ。
   １．４ ≦ ｂｆ／ｆｗ ＜ ２．２ （５）
   ただし、
   ｂｆ：バックフォーカス
6. 下記条件式（６）を満足することを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１項記載の投写用ズームレンズ。
   −１．０ ＜ β２ｗ ＜ −０．４ （６）
   ただし、
   β２ｗ：前記第２レンズ群の広角端における倍率
7. 下記条件式（７）を満足することを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１項記載の投写用ズームレンズ。
   １．３５ ＜ β３ｗ ＜ １．８０ （７）
   ただし、
   β３ｗ：前記第３レンズ群の広角端における倍率
8. 光源と、ライトバルブと、該光源からの光束を該ライトバルブへ導く照明光学部と、請求項１〜７のうちいずれか１項記載の投写用ズームレンズとを備え、該光源からの光束を該ライトバルブで光変調し、該投写用ズームレンズによりスクリーンに投写することを特徴とする投写型表示装置。

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